Dynamická viskozita kapaliny. Jaký je jeho fyzický a mechanický význam?

Tekutina je definována jako fyzické tělo, které je schopno změnit svůj tvar libovolně malým nárazem na jeho tvar. Obvykle se rozlišují dva hlavní typy tekutin: kapající a plynné. Kapaliny kapaliny jsou kapaliny v obvyklém smyslu: voda, petrolej, olej, olej a tak dále. Plynné tekutiny - plyny, které se za normálních podmínek, jsou například plynné látky, jako je vzduch, dusík, propan, kyslík.

Tyto látky se liší v molekulární struktuře av interakci molekul mezi sebou. Nicméně, z pohledu mechaniky, jsou to kontinuální média. A kvůli tomu jsou definovány některé obecné mechanické charakteristiky: hustota a specifická hmotnost - stejně jako základní fyzikální vlastnosti: stlačitelnost, tepelná roztažnost, pevnost v tahu, pevnost povrchové napětí a viskozity.

Viskozitou rozumíme vlastnost kapalná látka Bránit skluzu nebo smyku svých vrstev vůči sobě navzájem. Podstata tohoto pojmu spočívá ve vzhledu třecí síly mezi různými vrstvami uvnitř tekutiny, když se pohybují relativně. Rozlišujte mezi pojmy "dynamická viskozita kapaliny" a "kinetická viskozita". Dále zvažte podrobněji, jaký je rozdíl mezi těmito pojmy.

Základní pojmy a rozměry

Viskózní síla F, která vzniká v pohybu vůči sobě navzájem přilehlými vrstvami zobecněného tekutiny je přímo úměrné rychlosti vrstev a jejich kontaktní plochy S. Tato síla působí ve směru kolmém k pohybu, a vyjádří se v Newton rovnice je analyticky

F = mu-S (ΔV) / (Δn),

kde (ΔV) / (Δn) = GV je rychlostní gradient ve směru normálu k pohyblivým vrstvám.

Koeficient proporcionality je dynamická viskozita nebo prostě viskozita generalizované tekutiny. Z Newtonovy rovnice se rovná

mu- = F / (S ∙ GV).

Ve fyzikálním měřicím systému je jednotka viskozity definována jako viskozita média, ve které působí třecí síla 1 dynu na každý čtvereční centimetr vrstvy při jediném rychlostním gradientu GV = 1 cm / s. Odpovídajícím způsobem je rozměr jednotky v daném systému vyjádřen v dyn ∙ sec ∙ cm ^ (-2) = r ∙ cm ^ (-1) ∙ sec ^ (-1).

Tato jednotka dynamické viskozity se nazývá poise (P).

1 P = 0,1 Pa · s = 0,0102 kgf · s · m ^ (- 2).

Používají se také menší jednotky, jmenovitě: 1 P = 100 cps (centipoise) = 1000 mP (millióza) = 1000000 mc (mikroimpaze). V technickém systému pro jednotku viskozity uveďte hodnotu kgs ∙ s ∙ m ^ (- 2).

V mezinárodní systémové jednotky viskozity definované jako viskozitě média, ve kterém je jednotka rychlost gradientu GV = 1 m / s až 1 m čtvereční metr tekuté vrstvy působící třecí síly 1 N (Newton). Rozměr množství mu-in SI systém je vyjádřena v kg ∙ m ^ (-1) ∙ c ^ (-1).

Kromě takových vlastností, jako je dynamická viskozita, se u tekutin zavádí pojem kinematické viskozity jako poměr koeficientu k hustotě kapaliny. Hodnota koeficientu kinematické viskozity se měří v Stokes (Ist = 1 cm2 (2) / s).

Koeficient viskozita je číselně roven počtu provozu provádí v pohybujícím se plynu za jednotku času ve směru kolmém na pohyb, na jednotku plochy, když je rychlost pohybu se liší na jednotku rychlosti do vrstev plynu odděleny na jednotku délky. Koeficient viskozity závisí na povaze a stavu látky (teplota a tlak).

Dynamická viskozita a kinematická viskozita kapalin a plynů jsou velmi závislé na teplotě. Bylo poznamenáno, že oba tyto koeficienty klesají se zvyšující se teplotou při kapání kapalin a naopak zvyšují s rostoucí teplotou pro plyny. Rozdíl této závislosti lze vysvětlit fyzikální povahou interakce molekul v kapkách a plynech.

Fyzický smysl

Z hlediska molekulární kinetické teorie plynů viskozity jevu spočívá v tom, že pohyblivý prostředek v důsledku náhodného pohybu molekul dochází k zarovnání vrstvy s různými rychlostmi. Tedy, v případě, že první vrstva ve směru pohybující se rychleji než přilehlá k ní druhou vrstvu, přičemž první vrstva druhý pohyblivý rychlejší molekulu, a naopak.

Proto první vrstva má tendenci urychlovat pohyb druhé vrstvy a druhá - zpomalovat pohyb první vrstvy. Celkové množství pohybu první vrstvy se tak sníží a druhá se zvýší. Výsledná změna v množství pohybu je charakterizována koeficientem viskozity pro plyny.

V kapalných kapalinách, na rozdíl od plynů, vnitřní tření je z velké části určováno působením intermolekulárních sil. A protože vzdálenosti mezi molekulami kapající kapaliny jsou malé ve srovnání s plynnými médii, vzájemné síly molekul jsou současně významné. Molekuly kapaliny, stejně jako molekuly pevných látek, se mění v blízkosti rovnováhy. V kapalinách však tyto pozice nejsou stacionární. Po určité době se molekula kapaliny náhle změní na novou pozici. V tomto případě se doba, během níž se pozice molekuly v kapalině nezmění, se nazývá čas svého "ustáleného života".

Síly intermolekulární interakce závisí v podstatě na typu kapaliny. Pokud je viskozita látky malá, nazývá se "tekoucí", protože koeficient výtěžnosti a dynamická viskozita kapaliny jsou nepřímo úměrné. Naopak, látky s vysokým koeficientem viskozity mohou mít mechanickou tvrdost, jako je pryskyřice. Viskozita látky závisí v podstatě na složení nečistot a jejich množství a na teplotě. Se stoupající teplotou se časová hodnota "ustáleného života" snižuje, čímž se zvyšuje pohyblivost tekutiny a viskozita látky se snižuje.

Fenomén viskozity, jakož i jiné jevy molekulární dopravy (difúze a tepelná vodivost) je nevratný proces, který vede k dosažení rovnovážného stavu, který odpovídá maximální entropie a volný minimální energie.